專利名稱：飛輪式引擎的制作方法
飛輪式引擎本發(fā)明屬于車(chē)輛、船舶及航天航空系統(tǒng)的動(dòng)カ牽引裝置，主要涉及車(chē)輛、船舶及航天航空系統(tǒng)的節(jié)能及無(wú)外力驅(qū)動(dòng)技木。迄今為止，除火箭推動(dòng)的航天系統(tǒng)外，所有車(chē)輛、船舶、航空等運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)都通過(guò)內(nèi)部動(dòng)カ與環(huán)境介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生反作用力推進(jìn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。例如車(chē)輛需要依靠主動(dòng)車(chē)輪與路面摩擦，產(chǎn)生反作用力推動(dòng)車(chē)輛前迸；傳統(tǒng)船舶依靠螺旋槳反向推動(dòng)海水，產(chǎn)生前進(jìn)動(dòng)力；飛機(jī)依靠依靠螺旋槳或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)反向推動(dòng)空氣，產(chǎn)生前進(jìn)動(dòng)力。其中部分動(dòng)能耗散在路面、海水、空氣等環(huán)境介質(zhì)中，普遍存在動(dòng)カ效能 低，受環(huán)境影響大的弱點(diǎn)。尤其是車(chē)輛在冰雪和顛簸不平路面上運(yùn)行時(shí)，能耗增加，路面與輪胎的磨損也加大。同時(shí)大多數(shù)車(chē)輛、船舶、航空等運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以化學(xué)燃料為主要能源，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，既不節(jié)能也不環(huán)保。依據(jù)《物質(zhì)內(nèi)部勢(shì)能》研制的飛輪式引擎，以運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)所在空間為動(dòng)カ載荷，運(yùn)動(dòng)過(guò)程無(wú)外部介質(zhì)參與，不產(chǎn)生摩擦動(dòng)カ和環(huán)境介質(zhì)能耗，大幅度提高了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)設(shè)施設(shè)備，降低了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境介質(zhì)和輔助設(shè)施的依賴性。同時(shí)，飛輪式引擎工作的主要能源為彈性力，電能僅作為輔助能源。弾性力作為新的能源引入動(dòng)カ系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生彈性力的原料十分廣泛，如金屬?gòu)椈伞⒖諝鈴椈?、電磁彈簧、永磁彈簧、甚至橡膠彈簧均可用作飛輪引擎的能源，并且價(jià)格低廉、清潔、無(wú)污染。在汽車(chē)、造船、航空航天領(lǐng)域具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣闊應(yīng)用前景。本發(fā)明的目的是，以飛輪式引擎替代傳統(tǒng)汽車(chē)、造船、航空航天系統(tǒng)的主動(dòng)輪、螺旋槳及噴氣及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)化動(dòng)カ傳動(dòng)裝置，降低原有動(dòng)カ系統(tǒng)對(duì)環(huán)境介質(zhì)的依賴性，提高運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)能效。同吋，以彈性原料替代化學(xué)燃料作為汽車(chē)、造船、航空航天飛行器的主要能源，拓寬了應(yīng)用能量來(lái)源，降低了能源成本，有利于研制出更加高效、節(jié)能、環(huán)保的新型運(yùn)載工具。在基礎(chǔ)理論方面，根據(jù)《物質(zhì)的內(nèi)部勢(shì)能》原理，物質(zhì)的質(zhì)量是物質(zhì)與它所在空間的相互作用，質(zhì)量越大的物體與它所在空間的作用越強(qiáng)，物體在空間變速變向運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體內(nèi)部產(chǎn)生的慣性カ即物體與它所在空間的相互作用力。當(dāng)一物體在弾性カ和轉(zhuǎn)動(dòng)カ矩共同作用下，周期性變速變向復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體內(nèi)部慣性カ大小和方向發(fā)生周期性變化，形成的慣性カ波即宏觀物體的物質(zhì)波，物質(zhì)波的空間動(dòng)カ效應(yīng)通過(guò)本發(fā)明可以得到驗(yàn)證。從外觀上看，飛輪式引擎類(lèi)似ー個(gè)水平旋轉(zhuǎn)的飛輪，在飛輪內(nèi)部，沿飛輪直徑裝配一個(gè)直線対稱的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)，靜止?fàn)顟B(tài)下，磁性彈簧振子處于飛輪軸心位置，兩根動(dòng)カ彈簧從飛輪邊緣作用于飛輪軸心的磁性振子。當(dāng)彈簧的弾性系數(shù)k，磁性振子質(zhì)量m和飛輪的旋轉(zhuǎn)角速度《，滿足k = Hico2條件時(shí)，通過(guò)固定在飛輪輪軸上的換向電刷和纏繞在振動(dòng)管外圍的電磁擾動(dòng)線圈，產(chǎn)生同步電磁擾動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)磁振子在飛輪內(nèi)部旋轉(zhuǎn)振動(dòng)復(fù)合諧振，形成如圖I所示的運(yùn)動(dòng)軌跡，磁振子內(nèi)部慣性カ大小和方向發(fā)生周期性變化，形成物質(zhì)波效應(yīng)，沿物質(zhì)波的傳播方向產(chǎn)生空間動(dòng)力。在動(dòng)カ控制方面，飛輪由ー個(gè)直流調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度《 =V k/m時(shí),磁性振子的振幅A最大,輸出的動(dòng)カ最強(qiáng)，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度to < V k/m時(shí),磁性振子的振幅A減小,輸出動(dòng)力隨之減小。同時(shí),磁性振子的振動(dòng)方向由安裝在飛輪輪軸上的換向電刷控制，當(dāng)換向電刷繞飛輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度吋，磁性振的振動(dòng)方向也改變相應(yīng)角度，使動(dòng)カ輸出方向在180°內(nèi)任意可調(diào)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，飛輪的邊緣厚重結(jié)實(shí)，使飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以保持飛輪轉(zhuǎn)速和整體系統(tǒng)的穩(wěn)定。在飛輪內(nèi)部，振動(dòng)管腔貫穿飛輪軸心，沿飛輪直徑左右對(duì)稱裝配，磁性振子及動(dòng)カ彈簧裝配于振動(dòng)管腔內(nèi)部，電磁擾動(dòng)線圈纏繞振動(dòng)管腔外部，總體呈管狀結(jié)構(gòu)鑲嵌于飛輪中心位置。飛輪輪軸由上下兩部分構(gòu)成，分別用螺絲固定于飛輪兩側(cè)，在飛輪輪軸上裝配調(diào)向換向電刷、傳動(dòng)皮帶輪及軸承支架。飛輪水平運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，以較小的電磁擾動(dòng)カ即可維持振子的振動(dòng)周期和方向，飛輪豎直運(yùn)行時(shí)，由于重力對(duì)振子振動(dòng)方向產(chǎn)生向下擾動(dòng)，必須加強(qiáng)電磁擾動(dòng)カ，對(duì)抗重力作用，耗電量隨之増加。在材料及用途方面，磁性振子由柱狀鐵芯及固定于柱形鐵芯兩端的圓盤(pán)形釹鐵硼強(qiáng)磁體構(gòu)成，磁體的S極向內(nèi)、N極向外，以響應(yīng)電磁線圈的電磁擾動(dòng)；動(dòng)カ彈簧選材較為豐富，如金屬?gòu)?qiáng)簧、空氣彈簧、磁能彈簧、橡膠彈簧均可用作動(dòng)カ彈簧，除空氣彈簧外，采用其它種類(lèi)彈簧時(shí)，可在振動(dòng)管腔上方設(shè)置排氣孔，并在振動(dòng)管腔內(nèi)注入少量潤(rùn)滑油，以減少磁性振子與振動(dòng)管腔的摩擦及空氣阻力。振動(dòng)管腔應(yīng)選用堅(jiān)固耐磨的抗磁材料，如銅管或不銹鋼管；纏繞振動(dòng)管腔外部的電磁擾動(dòng)線圈，通常根據(jù)振子質(zhì)量大小和外接電源電壓確定 線徑和匝數(shù)，振子質(zhì)量越大，線圈的線徑越粗，匝數(shù)越多，線圈導(dǎo)線與裝配在輪軸上的換向電極相連，隨著飛輪輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和碳刷角度的變化，向電磁線圈輸送同步交變電流，對(duì)磁性振子產(chǎn)生同步電磁擾動(dòng)力。為調(diào)控動(dòng)カ輸出方向，換向碳刷的方向可轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)。飛輪式引擎與傳統(tǒng)動(dòng)カ系統(tǒng)相比，具有無(wú)排放、無(wú)污染、無(wú)噪音的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)路面、水域、環(huán)境不產(chǎn)生損害，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量密度大、驅(qū)動(dòng)效率高特點(diǎn)。根據(jù)慣性離心カ公式F = mr W2計(jì)算,振子質(zhì)量為Ikg,轉(zhuǎn)速在300-600轉(zhuǎn)/分鐘,振幅為0. 2米的單ー引擎可產(chǎn)生200-800牛頓的動(dòng)カ輸出，完全可滿足普通車(chē)輛、船舶的動(dòng)カ需要，與現(xiàn)有的電動(dòng)車(chē)船相比，至少可節(jié)約50%以上的電能。同時(shí)，由于物質(zhì)波不依賴任何環(huán)境介質(zhì)，也可作為陸、海、空、天一體化動(dòng)カ系統(tǒng)。


飛輪式引擎主要由1磁性振子、2動(dòng)カ彈簧、3振動(dòng)管腔、4排氣孔、5電磁擾動(dòng)線圈、6飛輪外殼及螺絲孔、7飛輪輪軸固定圓盤(pán)、8飛輪輪軸、9飛輪軸承、10換向電刷、11傳動(dòng)皮帶輪、12直流調(diào)速電機(jī)、13電機(jī)皮帶輪、14傳動(dòng)皮帶、15系統(tǒng)支架、16直流電源、17電子調(diào)控器。圖I為飛輪式引擎原理圖，其中a為飛輪軸心，b為飛輪旋轉(zhuǎn)方向，c為磁性振子運(yùn)動(dòng)軌跡，A為磁性振子振幅。圖2為磁性振子局部裝配圖，其中1為磁性振子，2為動(dòng)カ彈簧，3振動(dòng)管腔，4為排氣孔，5為電磁擾動(dòng)線圈。圖3為飛輪平剖面圖，示意沿飛輪直徑裝配的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中1為磁性振子、2為動(dòng)カ彈簧、3為振動(dòng)管腔、5為電磁擾動(dòng)線圏、6為輪軸固定螺絲孔。圖中切分線為圖四飛輪的橫切面。圖4為飛輪橫切面及軸向裝配圖，示意飛輪內(nèi)部磁性振子、振動(dòng)管腔、動(dòng)カ彈簧及電磁擾動(dòng)線圈呈管狀結(jié)構(gòu)；其中1為磁性振子、3為振動(dòng)管腔、5為電磁擾動(dòng)線圈；飛輪的輪軸通過(guò)飛輪壁上螺絲孔6和輪軸固定盤(pán)7固定在飛輪兩側(cè)，在輪軸8上分別裝有兩個(gè)軸承9，以及調(diào)向換向電刷10和傳動(dòng)皮帶輪11。
圖5為飛輪架構(gòu)及驅(qū)動(dòng)圖，飛輪通過(guò)軸承9裝配在系統(tǒng)支架15上，同時(shí)，直流調(diào)速電機(jī)12與飛輪軸向平行固定系統(tǒng)支架上，通過(guò)傳動(dòng)皮帶輪11、13及傳動(dòng)皮帶14向飛輪傳送動(dòng)カ；直流電源16與電子調(diào)控器17向系統(tǒng)供應(yīng)電能和控制系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。以電動(dòng)車(chē)船應(yīng)用為例，現(xiàn)有的電動(dòng)車(chē)電能貯存在量小，耗電量大，每充一次電行駛距離短，加速性能差。采用飛輪式引擎后，動(dòng)カ系統(tǒng)內(nèi)置于車(chē)船內(nèi)部，動(dòng)カ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，電能消耗可降低50%以上，動(dòng)カ增強(qiáng)，可有效提高電動(dòng)車(chē)的加速性能。飛輪式引擎用于船舶動(dòng)カ時(shí)，一方面可大量節(jié)能源，另ー方面它是ー種內(nèi)置式引擎，不需要螺旋槳及傳動(dòng)裝置，可増加船舶的密閉性，減少行駛阻力，提高行駛速度。在航空航天領(lǐng)域，以化學(xué)燃料替代動(dòng)カ彈簧后，引擎飛輪不僅可以立式運(yùn)行，輸出功率也會(huì)大幅度提高，可用于研制垂直起降的飛行器。同吋，由于飛輪式引擎不依賴空氣介質(zhì)，飛行器不僅可在大氣層飛行，也可以太空飛行，與傳統(tǒng)火箭相比，具有比沖高、重 量輕，可重復(fù)使用，不產(chǎn)生空間拉圾等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種新型動(dòng)力引擎，主要由飛輪式外觀及磁性彈簧振子內(nèi)核構(gòu)成，其特征是，當(dāng)飛輪內(nèi)部動(dòng)力彈簧的彈性系數(shù)k，磁性振子質(zhì)量m和飛輪的旋轉(zhuǎn)角速度ω，滿足k = πιω2條件時(shí)，通過(guò)固定在飛輪輪軸上的換向電刷和纏繞在振動(dòng)管外圍的電磁擾動(dòng)線圈，產(chǎn)生同步電磁擾動(dòng)力，控制磁性振子的振動(dòng)周期和方向，實(shí)現(xiàn)磁性振子在飛輪內(nèi)部的復(fù)合諧振，同時(shí)，在磁性振子內(nèi)部形成慣性力波，即宏觀物體的物質(zhì)波，產(chǎn)生空間動(dòng)力效應(yīng)。
2.如權(quán)利要求I所述的飛輪式引擎，其特征是裝配于車(chē)輛、船舶、航空航天器內(nèi)部，以其所在的空間為動(dòng)力載荷，在無(wú)環(huán)境介質(zhì)參與的情況下，驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，適用于陸地、水域、大氣層及外太空多種環(huán)境。
3.如權(quán)利要求1、2所述的飛輪式引擎，其特征是將彈性材料作為一種新的廉價(jià)清潔能源，用于車(chē)輛、船舶、航空航天器的驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
飛輪式引擎是汽車(chē)、船舶、飛機(jī)及空間飛行器的新型動(dòng)力牽引裝置。該裝置是依據(jù)《物質(zhì)的內(nèi)部勢(shì)能》原理，將運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)力直接轉(zhuǎn)化為空間動(dòng)力的力學(xué)裝置?！段镔|(zhì)的內(nèi)部勢(shì)能》原理認(rèn)為，物質(zhì)質(zhì)量是物質(zhì)與它所在空間的相互作用，慣性力是物體與空間的相互作用力。宏觀物體通過(guò)變速變向復(fù)合諧振運(yùn)動(dòng)，在物體內(nèi)部形成的慣性力波，即宏觀物體的物質(zhì)波，沿物質(zhì)波傳播方向產(chǎn)生空間動(dòng)力效應(yīng)。根據(jù)這一力學(xué)原理研制的飛輪式引擎，既證實(shí)這一動(dòng)力學(xué)原理，又革新了傳統(tǒng)動(dòng)力技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的物理意義。
文檔編號(hào)H02K7/02GK102769351SQ20111012079
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者馬衛(wèi)斌 申請(qǐng)人:馬衛(wèi)斌